郭 瑾

(中國石油大學勝利學院 油氣工程學院,山東 東營 257000)

石油工程專業(yè)是一門實踐性很強的工科專業(yè),該專業(yè)的學生需要掌握牢固的理論知識,除此之外還需要具有較強的實踐能力及創(chuàng)新意識[1]。實驗教學是學生拓寬專業(yè)知識、提高實踐能力,培養(yǎng)創(chuàng)新意識的重要途徑,是整個教學體系中貫穿始終、不可或缺的重要環(huán)節(jié)。但是,目前中國石油大學勝利學院(下簡稱“勝利學院”)石油工程專業(yè)的實驗教學體系與管理制度還不夠完善,學生對于實驗的重視程度不夠,考核方式過于單一,因此實驗教學未能很好地發(fā)揮其教學效果。在學院向應用技術型院校轉(zhuǎn)型發(fā)展期間,結(jié)合學院培養(yǎng)高素質(zhì)應用技術型人才的培養(yǎng)目標,石油工程系將探索實驗教學改革的途徑,從加快實驗室建設、改革教學形式、優(yōu)化教學內(nèi)容、創(chuàng)新考核方式、完善管理模式等方面著手,以應用為前提,以需求為導向,培養(yǎng)高素質(zhì)應用技術型人才,以適應激烈的競爭,滿足用人單位需求,實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展。

一、石油工程專業(yè)實驗教學現(xiàn)狀及存在問題

(一)實驗教學重視程度不夠

石油工程專業(yè)實踐性很強,學生必須具備較強的動手能力。但是,近年來的教學過程中,受傳統(tǒng)教學理念的束縛,教師片面重視理論教學的重要性,實驗教學與理論教學相比,一直處于次要的輔助地位,僅僅是作為理論教學的補充。在這種觀念下,學生對于實驗課程缺少積極性、主動性、創(chuàng)造性,實驗過程往往也是草草完成,只為記錄數(shù)據(jù)和完成報告[2]。

(二)驗證性實驗過多

目前勝利學院石油工程專業(yè)共有實驗室9個,開出專業(yè)課實驗21個,其中傳統(tǒng)的驗證性實驗占非常大的比例,幾乎所有的實驗都是按照課本或?qū)嶒炛v義一步一步完成,實驗步驟過于死板,實驗過程沒有新意,學生沒有發(fā)揮的空間。

過多的驗證性實驗不利于激發(fā)學生的學習興趣和熱情,學生的創(chuàng)新能力沒有得到訓練,并且驗證性實驗的教學過程形式化、程序化,學生分析問題和解決問題的能力得不到鍛煉和提高,限制了實驗教學的發(fā)展[3- 4]。

(三)實驗教學與生產(chǎn)實際脫節(jié)

應用技術型人才的培養(yǎng)應該突出教學內(nèi)容的實用性,重視理論知識與生產(chǎn)實際的聯(lián)系,強化學生知識應用、知識轉(zhuǎn)化和技能操作等實踐應用能力。但是目前在課堂上,實驗教學環(huán)節(jié)通常只是簡單地對理論課的演示與驗證,雖然能讓學生建立一些基礎的形象化認識,但學生對于實驗的原理,實驗和油田生產(chǎn)實際之間的聯(lián)系[5],可以說是知其然而不知其所以然,教師很難將抽象的理論知識完整地還原成現(xiàn)場應用場景。這將導致學生學習靈活性差,理論與實際脫節(jié),在今后走上工作崗位后仍需要較長的適應期[6]。

例如學生學完鉆井工程、采油工程等課程后,雖然完成了相關課程實驗,但也僅僅是按照講義中的實驗步驟進行了一次操作,對于鉆井、采油相關設備的操作仍然不熟悉,甚至還不認識現(xiàn)場的工具設備,這些都與學校培養(yǎng)高素質(zhì)應用技術型人才的目標是不相符的。

(四)實驗教學考核方法單一,忽視過程管理

勝利學院石油工程專業(yè)目前的實驗教學及考核方式是學生分成若干組在實驗室里完成實驗并記錄數(shù)據(jù),實驗結(jié)束后,學生進行實驗結(jié)果分析,書寫提交實驗報告。老師對于學生實驗成績的評定僅僅依據(jù)實驗報告,得出正確的結(jié)果即可,最后按比例將實驗成績折合成課程總成績的一部分。

雖然最終實驗報告中得出正確的結(jié)果很重要,但是實驗方法是否得當、學生的觀察能力、操作能力、解決問題能力、創(chuàng)新能力是否得到培養(yǎng)等方面更應該是考察的重點。目前的考核方式忽視了過程管理,不能發(fā)揮每個學生的創(chuàng)造力,導致部分學生對實驗過程不重視,敷衍了事,最后僅僅花時間去書寫甚至抄襲實驗報告,本末倒置。

(五)實驗室管理分散封閉,不利于學生綜合能力培養(yǎng)

目前勝利學院石油工程系的實驗室是封閉式管理,僅供本專業(yè)學生在該課程實驗課時使用,其他專業(yè)的學生或者是本學期沒有實驗課的學生并沒有機會進入實驗室。

這種管理方式下,實驗室之間的資源共享程度低,缺少交流與開放,缺少專人統(tǒng)籌管理,使得各實驗室之間的相互聯(lián)系少,因此,無法進行課程之間與學科之間的交叉滲透,無法發(fā)揮實驗教學的整體優(yōu)勢,很難為學生參加各種競賽及活動提供支持,滿足不了培養(yǎng)學生綜合能力的要求。

二、實驗教學改革措施

(一)改革實驗教學形式,提高重視程度

首先,提高實驗教學效果,需要改變實驗教學在整個教學體系中的次要地位。教學體系中,理論教學的目的在于打牢學生的基本理論功底,實驗教學則以提高學生動手實踐能力和解決實際問題的能力為目標,二者相互依存、相互促進,具有同樣重要的地位,并駕齊驅(qū)才能培養(yǎng)出高素質(zhì)的人才。

提高實驗教學重視程度,可以先從實驗教學形式改革入手。對于一些理論知識較簡單,并且與理論知識聯(lián)系比較緊密的實驗內(nèi)容,老師可以將教室“搬到”實驗室,結(jié)合實驗進行教學。先介紹理論知識,接著進行實驗驗證,或者是先做實驗,通過實驗結(jié)果分析得出所要學習的理論知識,從而達到理論知識的學習與實驗操作能力的訓練無縫銜接。這樣理論與實驗同步進行的做法,首先可以大大提高學生對于實驗教學的重視程度,另外,經(jīng)過一系列的思考—動手操作—結(jié)果分析的過程,學生的綜合能力也將得到較大提高。

以《滲流力學》課程中“單相液體剛性穩(wěn)定單向滲流”一節(jié)為例,本節(jié)內(nèi)容難度適中,有部分公式推導及簡單計算,如果僅僅是在課堂中進行理論授課,學生由于缺少客觀體驗,會感覺內(nèi)容枯燥,不夠直觀生動。若將本節(jié)內(nèi)容安排在實驗室中進行授課,可以先利用實驗模型將單向流的情況再現(xiàn),觀察和測定出單向流的特征與一系列參數(shù)。與在課堂上用ppt和板書進行講解相比,直觀的實驗現(xiàn)象要形象很多。然后再讓學生將測定的實驗結(jié)果進行分析,啟發(fā)學生總結(jié)出單向流動的規(guī)律及特征,即流體沿滲流方向的壓力分布呈直線關系,并且流量與壓差呈直線變化。最后,老師進行理論講解和總結(jié)。

改革后的實驗教學形式,做到了理論教學與實驗教學同步進行,通過實驗得出結(jié)果,因此學生對實驗的重視程度也大大提高,對所學內(nèi)容理解的更加透徹,提高了動手能力,激發(fā)了學習興趣,提升了教學效果。

其次,提高實驗教學重視程度,也需要提高實驗成績在學生課程總成績中所占比例,以引起學生足夠重視,促進學生端正學習態(tài)度,對實驗課認真對待。比如《油田應用化學》課程中,實驗學時所占比例較多,達到了總學時的25%,將實驗成績比例提高至40%后,學生對于實驗的重視程度與上課的認真程度都有所提高。

(二)優(yōu)化實驗教學內(nèi)容

實驗教學內(nèi)容的優(yōu)化,應遵循培養(yǎng)應用技術型人才的目標,建立起以能力培養(yǎng)為主線、分層次展開、相互銜接的實驗教學內(nèi)容體系,力求培養(yǎng)出基礎知識扎實、動手能力強、具有創(chuàng)新意識的人才,滿足社會需求。

首先,需要認真規(guī)劃實驗項目,在培養(yǎng)方案修訂、課程學時都壓縮的大背景下,可以優(yōu)化實驗內(nèi)容,在有限的課時內(nèi)使其更加系統(tǒng)。

例如《油層物理》課程之前設置有6個實驗,共12學時,包括巖石孔隙度、滲透率、飽和度的測定等。優(yōu)化后的實驗教學總學時不變,但是壓縮了巖石氣測滲透率等簡單實驗的用時,加入了巖心驅(qū)替實驗。具體安排如下:先將學生分組,每組學生用一塊巖心,在氣測孔隙度和滲透率實驗完成后,進行巖心驅(qū)替實驗,將本組巖心進行抽真空、飽和水以及簡短的水驅(qū)油過程。巖心飽和過程中受時間限制,巖心不需要完全飽和,滲流過程也不需要達到穩(wěn)態(tài),巖心出口端見水即可。該實驗結(jié)束后,再用飽和后的巖心去進行油水飽和度的測定實驗。如此的步驟設計,使學生明白了巖心抽真空、飽和以及驅(qū)替的一系列過程,實驗環(huán)節(jié)相互銜接,成為了一個整體,效果要比直接用老師提供的飽和好的巖心去測油水飽和度好很多,整個油層物理實驗體系更加完整。

其次,在部分課程的實驗中,要適當設計一部分設計性和創(chuàng)新性實驗。驗證性實驗是為了使學生的專業(yè)基礎素質(zhì)更加扎實,而設計性和創(chuàng)新性實驗的設定,則更注重培養(yǎng)學生的獨立和創(chuàng)新能力。由淺入深的設計性和創(chuàng)新性實驗使學生在掌握基本知識及基本實驗操作技能的基礎上,將所學知識有機綜合,更高效地去理解和鞏固所學知識,進而激發(fā)創(chuàng)新思維,挖掘?qū)W生潛力,提高其判斷問題、解決實際問題的能力,為成為一名應用技術型人才打下堅實的基礎。

例如《油層物理》課程中的巖石孔隙度測定實驗,實驗難度并不大,可在實驗開始之前,先啟發(fā)學生思考測定巖心外表視體積以及孔隙體積的方法,不局限于實驗室內(nèi)的實驗儀器,而是使用飽和煤油法、封蠟法等方法,對學生提出的想法進行討論和點評。之后介紹實驗裝置,讓學生參考之前思考討論的結(jié)果,對本裝置的測定方法進行設計并進行點評。最后總結(jié)介紹儀器的操作過程和操作注意事項,讓學生動手操作,實踐自己的想法。整個實驗過程強調(diào)自主性、探索性、實踐性和協(xié)作性,重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

(三)加快虛擬仿真實驗室建設

目前石油工程專業(yè)的實驗教學是脫離生產(chǎn)現(xiàn)場實際的。一是由于石油行業(yè)本身具有成本高、規(guī)模大、危險性高、工藝流程復雜等特點[7],許多與生產(chǎn)密切相關的實驗項目無法在常規(guī)的教學實驗室內(nèi)進行,也不允許在現(xiàn)場進行。二是由于有的實驗項目,如鉆井工程中的某些實驗,因周期過長而無法在有限的實驗課時里完成。因此,學生對于實際生產(chǎn)所需的設備工具及工藝流程的理解并不深入?；谏鲜鲈?石油工程專業(yè)學生理論教學與工程實驗的有機結(jié)合實現(xiàn)難度大,學院難以及時滿足當前企業(yè)對高素質(zhì)應用技術型人才的需求。

為了使這個問題得到解決,彌補實驗教學存在的不足,就需要創(chuàng)新傳統(tǒng)本科教育的實驗教學環(huán)節(jié),加快虛擬仿真實驗室的建設。

虛擬仿真實驗是將工業(yè)現(xiàn)場濃縮化,生動真實地展現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場實際的教學模式,可對石油工程中復雜的問題進行計算機仿真模擬研究,將油氣開發(fā)作業(yè)現(xiàn)場“搬”到室內(nèi)虛擬實驗中心,以解決室內(nèi)物理模型實驗難以實現(xiàn)的科學問題,增加學生對設備工具及工藝流程的理解,提高動手操作能力,提高綜合運用理論知識完成相應的設計的能力等,具有直觀、生動、安全和易于更新的優(yōu)點。

目前油氣工程學院已建成鉆井工程模擬仿真實驗室和井控模擬仿真實驗室。在實驗室中,學生可以實現(xiàn)親自動手操作儀器,模擬器將與學生操作工況同步的圖形投影到屏幕上,產(chǎn)生與生產(chǎn)現(xiàn)場相似的視覺效果,配以逼真的柴油機聲、泵聲、警笛聲等現(xiàn)場聲音,給學生身臨其境的感覺,有利于學生直觀、真切地感受到生產(chǎn)現(xiàn)場,有助于學生全面深入地理解和掌握理論知識,提高了教學效率,規(guī)避了實際的工程風險。

(四)創(chuàng)新考核方式,重視過程管理

應用型人才培養(yǎng)以鍛煉動手能力、提高工程素質(zhì)為主要目標,實驗課程的考核也更應該注重動手操作的過程,因此在考核中應當重視過程管理,使學生由被動實驗轉(zhuǎn)換為主動實驗,提高學習積極性,而不是僅僅局限于最后的實驗報告數(shù)據(jù)是否合理準確[8]。

考核評分可分為以下幾部分:如實驗前的預習報告或者是提問環(huán)節(jié)可占15%,用于評價學生的主動預習程度。預習是順利完成實驗的必要環(huán)節(jié),如果在實驗課前不對實驗原理和方法進行學習,做實驗時就只會按照講義機械操作,卻不知為何要如此操作,也不會對實驗結(jié)果進行分析。因此在實驗之前必須要讓學生提前預習相關的理論知識,書寫簡單的預習報告,或者老師在實驗前可以進行抽查,以此使學生明白實驗的根基,提高實驗質(zhì)量和實驗成功率。

實驗中的隨機提問評分可占15%,由教師在實驗講解過程中隨機抽取學生提問,激勵學生認真聽講、主動思考并積極回答問題。

實驗操作評分可占45%,由教師認真觀察,根據(jù)學生的動手操作能力、規(guī)范程度、認真程度、操作是否具有創(chuàng)新等方面進行打分。

實驗報告評分占20%,主要根據(jù)實驗報告的書寫是否符合規(guī)范,字跡是否工整,圖表是否清晰,原始數(shù)據(jù)是否真實可靠,數(shù)據(jù)處理是否準確無誤,結(jié)果分析是否簡明扼要等方面給出分數(shù)。

最后還有5%的平時表現(xiàn)分數(shù),包括學生是否遵守紀律,愛護公物,節(jié)約實驗材料,保持臺面清潔等方面,教師可酌情給分。

總之,在考核中重視過程管理,對學生的實驗情況進行全面客觀的評價,能夠更加真實地反應出學生的學習水平,可有效提升學生的實驗效果,促進學生的發(fā)展。

(五)完善實驗室管理模式

構建一個合理規(guī)范,與人才培養(yǎng)目標、學生能力訓練相適應的實驗室管理模式是實驗教學中的一個關鍵問題。

首先,要明確每個實驗室的負責人及其職責,具體包括實驗室的日常管理、安全維護、規(guī)章制度的制定及實驗教學中的組織協(xié)調(diào)等。通過以上工作,進一步規(guī)范實驗室管理,建立健全實驗室規(guī)章制度,形成完整、高效、科學、規(guī)范的實驗室管理體制,貫徹執(zhí)行“誰使用、誰管理、誰負責”的安全工作原則。

其次,要確定石油工程系實驗室的總負責人及其總職責?？傌撠熑司唧w負責本系所有實驗室的統(tǒng)籌管理,最重要的是需要熟悉各實驗室的儀器設備及基本功能,整體構思、靈活實施,為教師開展實驗室間交流、跨課程的學術交流搭建一個平臺,方便開課教師、技術人員相互學習,促進各個實驗室之間加強相互合作交流,充分實現(xiàn)系內(nèi)資源的合理配置和共享,共同推動課程建設,促進教學和科研工作[9]。

最后,實驗室的建設目的不應該是滿足某門課程的實驗需要,而是要實現(xiàn)人才培養(yǎng)的目標。因此,本專業(yè)的實驗室,在一定的時間、范圍內(nèi)或者是某些實驗內(nèi)容應該向?qū)W有余力的學生開放,覆蓋一定的學生群體,并且要建立起相應的管理制度,學生進入實驗室做實驗時按要求做好登記,注意安全即可。

另外,依托實驗室的開放,大力拓展大學生科技活動,鼓勵學生多參與大創(chuàng)項目、學科競賽,利用實驗室進行畢業(yè)設計等,調(diào)動學生學習的積極性和主動性,為培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新能力搭建良好平臺,提供有力支撐。

總之,科學合理的管理模式是確保實驗教學順利進行的保證,只有采用科學的管理模式,才會真正培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新意識,達到人才培養(yǎng)的目標。

三、結(jié)語

實驗教學對于石油工程專業(yè)的重要性不言而喻,通過改革實驗教學形式,提高實驗教學重視程度,優(yōu)化實驗教學內(nèi)容,加快虛擬仿真實驗室的建設,創(chuàng)新考核方式,完善管理模式等方面的實驗教學改革,可以提升實驗教學質(zhì)量,提高學生的實踐性與創(chuàng)新性,達到培養(yǎng)高素質(zhì)應用技術型人才的目標。

[1] 張承麗,殷代印,夏惠芬,等.深化教學改革,提高天然氣開采技術課程教學效果[J].中國科教創(chuàng)新導刊,2011(2):49-50.

[2] 王勇民.對地方財經(jīng)類高校實驗實訓教學改革的思考[J].科技教育,2015(34):426- 427.

[3] 王樹根,杜金梅,許長海,等.輕化工程專業(yè)的實驗教學改革[J].紡織服裝教育,2017,32(1):67- 69.

[4] 張怡.獨立學院實驗室建設與管理[J].工程教育,2017(5):243-244.

[5] 鐘燁,楊林.石油工程實驗教學模式改革與探索[J].實驗室科學,2016,19(1):116-118.

[6] 鐘燁,王其軍,楊林,等.針對石油工程本科實驗教學的改革措施[J].實驗室科學,2013,16(2):70-71.

[7] 時鳳霞,吳明銀.獨立學院石油工程專業(yè)實習實訓教學改革初探[J].中國石油大學勝利學院學報,2017,31(1):68-70.

[8] 王林,馬飛英.采油工程實驗教學改革探討[J].廣東化工,2016,43(10):241.

[9] 蘇恒陽,孔愛瓊.高職院校實驗實訓教學改革和管理分析[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2011,10(2):120-121.